隨著經(jīng)濟全球化和市場競爭的不斷加劇，制造行業(yè)正發(fā)生著巨大的變化。日益縮短的產(chǎn)品生命周期、全球化的競爭、供應(yīng)鏈的復(fù)雜性以及不斷增長的客戶個性化需求，使得企業(yè)向市場推出新產(chǎn)品更困難、更具挑戰(zhàn)性。如何快速開發(fā)出創(chuàng)新產(chǎn)品、快速響應(yīng)市場需求成為企業(yè)競爭能力的體現(xiàn)。此時尋求戰(zhàn)略合作伙伴、有效整合企業(yè)資源，以及進行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計制造成為產(chǎn)品研發(fā)戰(zhàn)略的一種趨勢。諸如波音，為充分利用全球開發(fā)資源、制造資源，已構(gòu)建了多國家、多組織的異地協(xié)同設(shè)計制造模式。
中國企業(yè)經(jīng)歷了長時間積累，為擺脫創(chuàng)新力不足，采取以購買或合作的方式與國外研發(fā)機構(gòu)構(gòu)建創(chuàng)新產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)團隊，來快速提升公司產(chǎn)品創(chuàng)新實力，這已成為國內(nèi)制造企業(yè)經(jīng)營發(fā)展的一種模式。異地協(xié)同設(shè)計在此背景下凸顯了它的重要性，而PDM作為協(xié)同設(shè)計模式的使能技術(shù)也越來越顯其關(guān)鍵性。PDM(Product Data Management即產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))是幫助企業(yè)管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)及設(shè)計流程的工具，它能夠保持對產(chǎn)品信息的控制和完整性，支持協(xié)同設(shè)計與并行工程。
一、異地協(xié)同設(shè)計模式
1.基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共事的協(xié)同模式
基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享的協(xié)同是一種最簡單、最直接的模式，比如在公共服務(wù)器中建立共享文件夾或FTP等。各站點客戶機以登陸ID和口令的形式連接至共享文件夾或FTP服務(wù)器來實現(xiàn)文件的上載、下載，統(tǒng)一各地點數(shù)據(jù)的一致性，完成產(chǎn)品協(xié)同時數(shù)據(jù)的交換。
此類協(xié)同模式的特點是基于服務(wù)器軟件系統(tǒng)固有的資源進行數(shù)據(jù)共享與交換，充分利用服務(wù)器操作系統(tǒng)對操作者的訪問權(quán)限進行控制，其構(gòu)建方式最直接，實現(xiàn)也比較簡單。但是，此類模式難以保證數(shù)據(jù)版本的準確性與及時性，當?shù)乩砜臻g距離較遠時（如跨國公司），由于每次部從服務(wù)器上獲取文件，文件的傳輸速率會受網(wǎng)絡(luò)通信鏈路的影響，當檢索大裝配體時，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。而且，數(shù)據(jù)復(fù)制可能引發(fā)數(shù)據(jù)的丟失，數(shù)據(jù)源也難以控制。
2.基于PDM系統(tǒng)的主從協(xié)同模式
在異地協(xié)同環(huán)境下，實現(xiàn)設(shè)計信息的充分溝通與共享，一種可行的解決方法就是基于PDM技術(shù)，綜合應(yīng)用B/S，C/S模式，使產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計成果及設(shè)計任務(wù)等信息能夠并行、及時地溝通，并使規(guī)范的設(shè)計信息能夠按照一定的流程為各地點開發(fā)團隊成員所共享。通過PDM系統(tǒng)的設(shè)計對象分類管理、狀態(tài)管理、工作流管理、設(shè)計資源管理、郵件通知管理和應(yīng)用軟件集成管理等功能模塊，可以保證設(shè)計對象在異地協(xié)同過程中數(shù)據(jù)的有效控制和數(shù)據(jù)的一致性。
協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中主研制單位和各站點合作單位基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)進行服務(wù)器間的連通，構(gòu)建起POM系統(tǒng)的主從服務(wù)器協(xié)同模式：在主研制單位架設(shè)獨立的POM主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和主文件服務(wù)器，在合作單位架設(shè)PDM系統(tǒng)的副本鏡像服務(wù)器站點，在每一協(xié)同站點內(nèi)拷貝一份文件服務(wù)器的數(shù)據(jù)。此處稱源文件服務(wù)器為主服務(wù)器，拷貝庫為鏡像服務(wù)器或從服務(wù)器，通過事先約定相應(yīng)的同步機制可保證主服務(wù)器與鏡像服務(wù)器的信息同步，從而有效解決在大裝配體環(huán)境下，大容量文件的傳輸速率與協(xié)同問題。
二、異地協(xié)同網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
基于PDM系統(tǒng)的主從協(xié)同模式實現(xiàn)了集中式數(shù)據(jù)管理，提供了高效的協(xié)同研制環(huán)境，首要的前提條件是使各協(xié)同站點處于一個虛擬的物理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)。下面筆者將對基于PDM系統(tǒng)的異地協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行闡述。
1.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式
異地協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，主研制單位PDM主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和主文件服務(wù)器中存儲管理整個網(wǎng)絡(luò)用戶的賬號、權(quán)限等，并控制所有的工程數(shù)據(jù)，在合作單位各站點上建立PDM從服務(wù)器，存儲合作單位相關(guān)的工程數(shù)據(jù)，這些系統(tǒng)通過路由器、防火墻設(shè)備、VPN或?qū)＞�網(wǎng)絡(luò)，通過加密、認證和訪問控制等方法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安金連通。
圖1 異地協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式
2.主研制單位內(nèi)部
主研制企業(yè)內(nèi)部可以直接訪問服務(wù)器，所有數(shù)據(jù)都從主服務(wù)器獲得：在保證網(wǎng)絡(luò)暢通的條件下，通過直接訪問的方式從主服務(wù)器上獲取數(shù)據(jù)。此種通過CS模式訪問數(shù)據(jù)倉庫的方式，可保障數(shù)據(jù)更新及時，無需復(fù)雜的配置。另外，在企業(yè)內(nèi)部，PDM主服務(wù)器與獨立的制造ERP系統(tǒng)進行集成，打通研制過程中各個數(shù)據(jù)產(chǎn)生環(huán)節(jié)，確保統(tǒng)一流程的流暢運轉(zhuǎn)。
3.數(shù)據(jù)交換量大的合作機構(gòu)
數(shù)據(jù)交換量大的合作機構(gòu)指產(chǎn)品研制過程中的部分機體研發(fā)團體，此類合作機構(gòu)在產(chǎn)品研制過程中承擔了較多的研制工作量，與設(shè)計研發(fā)單位需要進行緊密協(xié)作，存在大量數(shù)據(jù)傳遞和信息溝通工作。
在VPN/WAN協(xié)同環(huán)境下，大容量的文件數(shù)據(jù)交換需占用較長時間。而建立PDM從服務(wù)器，可自動與PDM主服務(wù)器同步鏡像復(fù)制文件，以存儲物理文件緩存，減少對廣域網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，平衡VPN/WAN環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸速度。合作單位客戶端能夠從距本地最近的PDM從服務(wù)器上得到最新版本文件，從而提高數(shù)據(jù)使用效率。如圖1中的合作機構(gòu)A與合作機構(gòu)B的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式。
4.數(shù)據(jù)交換量少的合作機構(gòu)
數(shù)據(jù)交換量少的合作機構(gòu)主要指產(chǎn)品的原材料供應(yīng)伙伴等，這類合作機構(gòu)在產(chǎn)品研制過程中，主要是從協(xié)同平臺上的主研制單位處獲取零件工程圖及技術(shù)要求等數(shù)據(jù)，并將自身產(chǎn)生的說明書、合格證等文件上傳提交給主研制單位。
對于數(shù)據(jù)交換量少的合作機構(gòu)可通過配置VPN網(wǎng)絡(luò)對接兩地局域網(wǎng)，以授權(quán)方式允許其直接訪問PDM主系統(tǒng)，進行在線數(shù)據(jù)的查詢?yōu)g覽、文件提交及工作任務(wù)接收等。此時，可以不需要建立本地PDM從服務(wù)器，以便于節(jié)約成本，如同圖1中的合作機構(gòu)C。
三、SolidWorks EntERPrise PDM異地協(xié)同實現(xiàn)方案
SolidWorks EntERPrise POM是一個具有開創(chuàng)性的PDM系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全集成Windows資源管理器。實現(xiàn)異地協(xié)同中，SolidWorks EntERPrise PDM系統(tǒng)易部署，易擴展，打破了常規(guī)解決方案實施周期長、成本高和學習時間長等弊端。
為解決跨地域數(shù)據(jù)傳輸速率的問題，SolidWorks Enterprise PDM提供了異地鏡像服務(wù)器模式，如圖2所示，此模式是在異地各個協(xié)同站點采取復(fù)制存檔服務(wù)器中的存檔文件來實現(xiàn)異地的數(shù)據(jù)一致，通過將遠程服務(wù)器的數(shù)據(jù)鏡像到本地，實現(xiàn)了類似在本地局域網(wǎng)一樣訪問的效果。
圖2 SolidWorks Enterprise PDM異地鏡像服務(wù)器模式
在鏡像存檔服務(wù)器模式中，為使各個異地局域網(wǎng)的文件數(shù)據(jù)同步傳遞，SolidWorks Enterprise PDM目前提供兩種數(shù)據(jù)協(xié)同機制。
(1)“按需”同步方式：當客戶端觸發(fā)不在本地的文件時，最近的遠程服務(wù)器響應(yīng)用戶請求，將遠程服務(wù)器上的文件復(fù)制到本地。此種方式只有當用戶請求的文件不在本地時才會將請求發(fā)送的遠程服務(wù)器上，并及時響應(yīng)，回送最新數(shù)據(jù)。這種方式及時性較高，是最有效的數(shù)據(jù)同步方式，當零部件數(shù)量較少，一般在幾百種左右，且設(shè)計較頻繁時，對PDM性能有很大的提升。
(2)“按時間計劃”同步方式此種方式按事先規(guī)定的時間周期(如1天)進行復(fù)制觸發(fā)，并可對整個庫或部件復(fù)制，用戶可以在本地鏡像庫中獲取所有文件。一般情況下，此種方式應(yīng)用于大裝配體時性能最佳，且可通過犧牲一定的及時性來提高工作中檢索大裝配體的網(wǎng)絡(luò)時間。
四、應(yīng)用案例
中冶京誠（湘潭）重工設(shè)備有限公司（以下簡稱“中冶京誠”）是由中冶京誠工程技術(shù)有限公司和湖南湘潭鋼鐵集團有限公司共同投資組建的國有股份制企業(yè)，是湖南先進裝備制造產(chǎn)業(yè)的龍頭骨干企業(yè)，在裝備制造領(lǐng)域上一直保持著行業(yè)領(lǐng)先水平。企業(yè)在國內(nèi)最大的“400T礦用自卸車”的項目研制上，選擇了與美國DHTE公司合作研發(fā)，歷經(jīng)初步方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、液壓設(shè)計、電氣設(shè)計和工藝設(shè)計等階段。為實現(xiàn)兩地的協(xié)同研發(fā)，中冶京誠與美國DHTE公司構(gòu)建起SolidWorks Enterprise PDM協(xié)同研發(fā)平臺，其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如圖3所示。
圖3 中冶京誠olidWorks Enterprise PDM異地協(xié)同平臺
在以上的異地協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中，首先將中冶京誠與美國DHTE公司的網(wǎng)絡(luò)通過40M的IPSec VPN連通，設(shè)置認證密鑰和加密算法，并在兩端架構(gòu)接八的防火墻，保證網(wǎng)絡(luò)的安全。然后，在中冶京誠的SolidWorks Enterprise PDM主服務(wù)器中設(shè)定“按需”與“按時間計劃”兼并的數(shù)據(jù)協(xié)同機制：“按需”方式協(xié)同，即當中冶京誠或DHTE任一方的PDM服務(wù)器有新文件生成或新版本生成時，另一方也能夠及時獲知新版本的產(chǎn)生，可以根據(jù)需要確定是否同步：“按時間計劃”將大容量的大裝配體設(shè)計數(shù)據(jù)通過設(shè)定鏡像同步的時間計劃，分配工作之外的空閑時間，由系統(tǒng)進行自動同步復(fù)制各方的新版本文件。如圖4所示，為在每天凌晨5:00實施鏡像同步的時間計劃。
圖4 PDM鏡像同步復(fù)制時間計劃
在SolidWorks Enterprise PDM異地協(xié)同設(shè)計平臺上，中冶京誠與DHTE實現(xiàn)了30大容量數(shù)據(jù)的實時同步控制，并保證了多地點30設(shè)計模型數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)管理，數(shù)據(jù)傳輸錯誤率少于2%，為新產(chǎn)品上市縮短了時間。
五、結(jié)語
通過PDM構(gòu)建多組織異地協(xié)同設(shè)計環(huán)境架構(gòu)，提供了一個高效、安全的協(xié)同管理平臺，可以為縮短新產(chǎn)品的研制周期提供有利保障，是企業(yè)快速響應(yīng)市場需求的一種競爭能力。在實現(xiàn)協(xié)同管理目標的同時，SolidWorks Enterprise PDM提供了最便捷的架構(gòu)方案，無論從實施周期、應(yīng)用維護的方便性等方面考慮，都具有借鑒意義。
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本文標題：基于PDM的多組織異地協(xié)同設(shè)計環(huán)境架構(gòu)研究
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